Tecnologías Actuales


   
La generación por concentración solar (CSP: Concentrated Solar Power en adelante) consiste en un método de generación térmica. En pocas palabras el proceso consiste en calentar, por medio de la energía contenida en la radiación solar, algún fluido para luego mover turbinas y generar electricidad. Además, para dar flexibilidad a la producción de energía, se pueden implementar sistemas de almacenamiento térmico utilizando sales fundidas como fluido. Actualmente existen 3 sistemas que se podrían utilizar a escala comercial para generar por CSP: Torre solar (Power Tower System), Cilindros parabólicos (Parabolic Trough System) y Discos Stirling (Solar Dish System). A continuación se presentaran las características básicas de cada uno de estos sistemas para un mejor entendimiento del presente informe.

           Torre Solar

   Este sistema consiste en un campo de espejos que reflejan los rayos solares hacia una torre que contiene fluido que se va a calentar, y que luego pasará por la turbina para generar electricidad. El proceso queda descrito en el siguiente esquema:


Figura 1: Torre solar. Fuente: Steinfeld, 2007.


    Este sistema alcanza temperaturas muy altas, lo que por un lado aumenta la eficiencia en la transformación calor-electricidad y reduciendo los costos de almacenamiento térmico pero por el otro aumenta la complejidad en su operación ya que lo convierte en un sistema sensible en términos de control de estabilidad. El factor de planta puede alcanzar un 60% con almacenamiento térmico, y 35% sin almacenamiento. La eficiencia anual en la conversión calor-electricidad se encuentra actualmente en el rango de 14% a 19%. Por último, la inversión necesaria es de aproximadamente 4.000 USD/kW con almacenamiento mínimo y 7.000 USD/kW con mayor nivel de almacenamiento (CER, 2012).

     Cilindros parabólicos


    Esta es la tecnología más utilizada en los CSP existentes en la actualidad. Consiste en espejo parabólico que concentra los rayos solares sobre una tubería que se encuentra en su centro de curvatura, por la que circula el fluido a calentar para luego mover la turbina de manera similar al caso anterior. Generalmente para este caso el fluido corresponde a un aceite sintético con mejor capacidad calórica, que luego calienta el fluido que moverá la turbina por medio de intercambiadores de calor. El proceso queda descrito en el siguiente esquema:

Figura 2: Cilindro parabólico. Fuente: Steinfeld, 2007.


    Su eficiencia anual solar-eléctrica alcanza valores del 10-12%, debido principalmente a que necesita más traspasos de energía térmica, aunque el factor de planta puede alcanzar un 40% sin almacenamiento. La inversión necesaria es de aproximadamente 4.000 USD/kW sin almacenamiento, y 8.000 USD/kW con almacenamiento (CER, 2012).

Discos Stirling


    Consiste en discos parabólicos que concentran los rayos solares hacia un punto donde se ubica un motor que funciona en base a un ciclo Stirling de alta eficiencia con Hidrógeno o Helio, que a partir del calor produce electricidad. Con esto se elimina la necesidad de un fluido de transferencia y enfriamiento aumentando la eficiencia, pero limitando la generación por unidad entre 10 y 25kW. Los discos ofrecen el mejor desempeño de conversión solar a electricidad de cualquier sistema CSP (CER, 2012).

Figura 3: Disco Stirling. Fuente: Steinfeld, 2007.


    

   
Por otro lado, este sistema es modular por lo que cada disco es independiente lo que entrega una gran flexibilidad a la hora de instalar. Para su instalación requiere superficies de tierras entre 1,2 y 1,6 ha/MW. El factor de planta se estima entre un 50 y 60%, mientras que la eficiencia anual en la conversión se encuentra alrededor de 18-23% (Steinfeld, 2011). La inversión necesaria es de alrededor de 10.000 USD/kW (CER, 2012) y no existen proyectos comerciales de este tipo, sólo algunos pilotos pero con buenos reultados.

Comparación de Tecnologías


   

A continuación se presenta una tabla en la que se resumen las principales características de cada uno de los sistemas mencionados anteriormente, basándose en los datos extraídos de la presentación del Dr. Steinfeld en el Primer Congreso de Arica y del Centro de Energías Renovables (CER).

Tabla 1: Comparación diferentes tecnologías CSP. Fuente: Elaboración propia.



Como se puede ver en la tabla anterior hay distintos aspectos que pueden influir en la elección de las distintas tecnologías para el desarrollo de un proyecto. En primer lugar está la opción de almacenamiento, que no se da en los discos Stirling lo que restringe un poco su desarrollo para lugares donde se necesiten suministros nocturnos. Por otro lado los costos de inversión de las tres tecnologías son similares, un poco más alto para los discos Stirling pero los de mantenimiento pueden llegar a ser más del doble para el caso de los cilindros parabólicos, lo que en el largo plazo podría afectar en mayor medida.


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